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构建稳定高效的自动测试设备,迎接集成电路融合时代的机遇和挑战
(2024年6月29日更新)

5G、成熟的人工智能、新能源等新技术推动各行业加快数字化转型,从而不断推动全球半导体产业的稳步增长。IC Insights据半导体行业报道,预计2022年全球半导体总销售额将增长11%,达到6806亿美元的新纪录。半导体行业的持续繁荣也使半导体自动测试设备(ATE)市场规模随之上升Infineon代理预计2028年船高将达到72亿美元。

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ATE系统

由于测试方案的优缺点直接影响良率和测试成本。数据显示,芯片缺陷相关故障对成本的影响IC数十美元的级别,数百美元的模块级别,甚至数千美元的应用端级别。目前芯片开发周期缩短,对流片成功率要求很高,企业无法承受任何失败。因此,在芯片设计和开发过程中需要充分的验证和测试。蔡振宇指出。

从几个关键测试维度入手,打造稳定高效ATE产品方案

随着摩尔定律的不断发展,工艺和应用的复杂性不断提高,半导体行业要想生产出好的产品,就需要进一步重视测试第一。半导体工艺仍在进化,制造工艺的细化和芯片内部结构的复杂性不断提高,芯片上的功能越来越多,芯片上的晶体管集成越来越高,产品迭代越来越快,甚至很多AI、GPU和AP这种高复杂度芯片需要逐年迭代,使测试和验证的复杂性急剧增加,测试时间和成本也相应增加。

半导体测试机市场竞争的关键在于测试广度、精度、速度和延展性。测试机的测试覆盖范围越广,能测试的项目越多,越受客户青睐。蔡振宇指出。测试精度的重要指标包括测试电流、电压、电容、时间量等参数的精度。先进的设备通常可以在电流测量中实现皮安(pA)在电压测量电压测量上达到微伏(μV)在电容测量方面,量级精度可达0.01皮法(pF)量级精度可以在时间测量上达到百皮秒(pS)。测试机的延展性主要体现在测试功能、通道和工位数能否根据需要灵活增加。

面对这些挑战,测试设备开发商迫切需要稳定ATE解决方案还期期待着高质量的测试覆盖率,可以支持更多的渠道,在单位时间内测试尽可能多的单元。ADI推出了ATE ASSP(专用标准产品)涵盖先进的集成引脚电子设备(PE)、器件电源(DPS)以及参数测量单元 (PMU)以低功耗、高集成高低功耗、高集成度等产品ATE降低机器性能和成本。

引脚电子设备、设备电源和参数测量单元的功能和性能定位

针对通用ATE应用程序和信号链相似。我们通过集成集中了一些功能,以降低客户的设计难度。ADI做ASSP主要原因之一。此外,ATE测试需要支持多通道,多通道并行测试提高了测试的复杂性,需要更好的性能芯片来满足客户测试机的需求。蔡振宇这样解释ADI在ATE领域做ASSP考虑计划,ADI的ASSP将许多功能集成到芯片中,可以进一步降低测试机的成本,提高测量密度。与分立设备方案相比,我们使用的多模包装可以进一步帮助客户降低成本和功耗。”

ATE数字测量信号链的基本框图

其中,PE为了获得待测物体的反馈,用于产生激励待测物体的信号PE芯片需要更高的精度。同时,集成度也是解决方案的关键要求。例如,集成引脚电子/引脚驱动器提供关键的测试应用解决方案,包括数字驱动和比较功能、有源负载和每引脚参数测量单元。这些单元通过电平设置DAC进行控制。针对国内ATE市场应用,ADATE318和ADATE320目前应用广泛,数据速率可达600MHz到1.6GHz。其中,ADATE318更适合数字芯片、存储器、混合信号测试等,ADATE320的数据速率会更高,更适合高速芯片的测试。蔡振宇补充道。

ADATE3xx框图及参数

针对更高速芯片的测量要求,ADATE334提供双通道单封装的关键测试应用,集成校准寄存器专用16位数模转换器(DAC)在高精度所需的所有直流电平都可以在高精度和低功耗下支持2.3GHz~4.6Gbps。“未来ADI的PE芯片将继续向两个方向发展,即更高速度的产品研发和更多的渠道密度集成产品。蔡振宇描绘ADI PE关键演进路线图。

PMU和DPS该产品用于提供灵活的电压和电流源/测量功能,以满足各种成本敏感测试应用的需要。其中PMU其功能是驱动电流进入装置并测量电压或测量装置加电压产生的电流。其集成度、测量精度和通道数是通常评估的几个重要维度。ADI的AD5522是一种高性能、高集成度参数测量单元,包括四个独立通道。每个单引脚参数测量单元(PPMU)该通道包括个16位电压输出DAC,可设置驱动电压输入、位置输入和比较器输入(高低)的可编程输入电平。

高功率DPS/SMU产品方案(±50V,5A;支持4象限V/I)

然而,在许多情况下,确定性能的单一方案很难满足多样化的市场需求。产品方案设计的扩展能力非常重要。例如,随着功率或电源芯片测试需求的增加,AD5560提供的25V电压和1.2A在电流范围内,客户可以使用多个电流AD5560通过GaN模式级联获得更大的输出电流。此外,ADI基于中国的应用开发团队AD5522发展250W (±50V、5A)高功率参考设计很好地满足了大功率应用的需求。我们计划的扩展能力非常受客户欢迎。蔡振宇透露道。

本土ATE发展面临机遇,ADI中国帮助客户成长

中国半导体行业迎来了新一轮的发展机遇,市场对半导体的需求非常强劲,从而推动了从设计到半导体制造的投资热潮。国内半导体产业链前端的制造设计环节ATE需求将显著改善,丰富的产业链客户也将有助于国内ATE需求稳步上升。市场调研机构Gartner该公司预测,到2025年,中国芯片测试服务市场将达到550亿元。

目前,国内测试设备制造商在功率设备、模拟电路等特定领域占据了一席之地,并正朝着更快、更复杂的测试产品努力。我相信在不久的将来,越来越多的国内测试机将出现在芯片测试线上。中国在模拟测试设备方面取得了一些突破,面对中国半导体的不断扩大ATE市场,ADI愿意和本地人在一起ATE厂家紧密合作,响应国内半导体市场的创新需求,以当地决策和中国速度共同推动ATE产业繁荣发展。蔡振宇展望。

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